本發(fā)明涉及一種用于儲存氫的金屬氫化物裝置、具體涉及一種充當(dāng)用于安全地儲存并運(yùn)輸氫氣的套筒的裝置。

背景技術(shù)：

氫可以被作為高壓氣體、在大氣壓下作為低溫液體或者以使得氫穩(wěn)定但是可逆地鍵合到其上的化學(xué)物形式儲存并運(yùn)輸。因?yàn)闅渚哂斜绕渌愋偷娜剂细鼘挼目扇夹苑秶?，氫尤其作為氣體或液體形式的運(yùn)輸和儲存涉及可能非常極端的危險(xiǎn)因素。

最常見的運(yùn)輸方法是在用比壓縮氣體更高壓的鋁、鋼或碳增強(qiáng)鋁制成的管線和氣罐運(yùn)輸壓縮氣體(20-70mpa)。

盡管如此，這種運(yùn)輸方法會受到鋼脆裂(氫原子擴(kuò)散到鋼中會引起鋼脆裂)有關(guān)的缺陷影響。

這種脆裂可能導(dǎo)致氣罐結(jié)構(gòu)突然故障，帶來非常嚴(yán)重后果。

由于氫在大約20k的溫度下以大氣壓液化，用于運(yùn)輸并儲存液化氫的容器必須滿足極端的熱絕緣要求。

為此，這種類型的運(yùn)輸不適用特定的應(yīng)用，諸如太空飛船。

為了消除運(yùn)輸并儲存氫的困難，可以使用富氫化合物，諸如氫化物，例如，金屬氫化物。

金屬氫化物由于與金屬的可逆反應(yīng)而保留了氫。這些金屬氫化物通過吸收和釋放氫來形成并起作用。

具體地，釋放氫分子允許氫原子擴(kuò)散到金屬中，由此形成固溶體。隨著氫在金屬內(nèi)的濃度增加，氫化物相開始增加，直至金屬完全在該相中。

這種氫化反應(yīng)是可逆過程，其中，可以從所形成的氫化物釋放回氫。

氫化反應(yīng)是放熱過程，即，釋放大量熱量的過程，而釋放過程是吸熱的并且要求大量熱量。

為此，使用金屬氫化物運(yùn)輸并儲存氫是安全的過程。

用于儲存并運(yùn)輸氫氣的現(xiàn)有技術(shù)金屬氫化物裝置使用的是被設(shè)計(jì)成儲存高壓氫氣的氣罐，這些氣罐填充有金屬粉末(為了形成氫化物)。

盡管如此，因?yàn)榻饘俜勰┍环e累在市售的設(shè)計(jì)并制造成用于高操作壓力和不同儲存方法的大直徑氣罐中，后者在氫化反應(yīng)期間會被加熱到非常高的溫度并且在釋放期間又出現(xiàn)過冷卻，這些氣罐儲存高壓氫時(shí)不適合使用金屬粉末獲得最優(yōu)的化學(xué)和動力的氫吸收和釋放反應(yīng)。

這種顯著的熱量累積和冷卻阻礙了相應(yīng)的過程，這要求在氣罐上操作高性能熱交換器。

鑒于上述內(nèi)容，申請人提出了優(yōu)化金屬氫化物裝置中的氫吸收/釋放能力以及尤其是該裝置和外部環(huán)境之間的熱交換的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明的目的是提供一種可以消除上述缺陷的用于儲存并運(yùn)輸氫氣的金屬氫化物裝置。

具體地，本發(fā)明的目的是提供一種使用簡單并有效的用于儲存并運(yùn)輸氫氣的金屬氫化物裝置。

該目的是通過下述用于儲存并運(yùn)輸氫的金屬氫化物儲存裝置實(shí)現(xiàn)的。

一種用于儲存并運(yùn)輸氫氣的金屬氫化物裝置，包括：

具有多種內(nèi)腔的單個(gè)模塊，各種內(nèi)腔在所述模塊的對應(yīng)表面上具有開口，所述模塊進(jìn)一步具有用于提供所述多種內(nèi)腔中的至少一些內(nèi)腔的液體連通的第一內(nèi)部通道，所述第一內(nèi)部通道包括面朝所述模塊的至少一個(gè)表面的開口，

液體密封閉合構(gòu)件，所述液體密封閉合構(gòu)件可操作地放置在各種內(nèi)腔上對應(yīng)的開口處、用于所述開口的氫氣密封，

至少一個(gè)連接器，所述至少一個(gè)連接器以液體密封的方式在所述內(nèi)部通道的所述開口上可操作并且適于與氫氣源連接，以及

放置在所述內(nèi)腔中的金屬粉末。

作為一種實(shí)施方式，所述多種內(nèi)腔具有基本上圓柱形的形狀并且通過從所述模塊機(jī)械地移除材料來獲得。

作為一種實(shí)施方式，所述多種內(nèi)腔包括沿著內(nèi)腔的內(nèi)表面延伸的螺紋。

作為一種實(shí)施方式，所述模塊具有棱柱形本體并且限定平坦的、彼此平行的、相對的兩個(gè)表面，

所述兩個(gè)表面的頂邊由所述棱柱形本體的第一表面界定，所述多種內(nèi)腔的所述開口在所述第一表面中形成；

所述兩個(gè)表面的底邊由所述棱柱形本體的第二表面界定，所述第二表面與所述第一表面平行且相對；

所述兩個(gè)表面的側(cè)邊由所述棱柱形本體的除所述第一表面和所述第二表面之外的彼此平行并相對的另外兩個(gè)表面界定，

其中，所述兩個(gè)表面相對于所述第一表面、所述第二表面和所述另外兩個(gè)表面具有更大的表面積。

作為一種實(shí)施方式，所述棱柱形本體是直棱柱形本體，并且所述第一表面所述第二表面和所述另外兩個(gè)表面是平坦的。

作為一種實(shí)施方式，所述多種內(nèi)腔在所述第一表面與所述第二表面之間延伸。

作為一種實(shí)施方式，所述多種內(nèi)腔包括第一內(nèi)腔和第二內(nèi)腔；所述第一內(nèi)腔和所述第二內(nèi)腔通過第二內(nèi)部通道彼此液體連通，所述第二內(nèi)部通道包括面朝至少所述另外兩個(gè)表面的開口；液體密封構(gòu)件可操作地放置在面朝至少所述另外兩個(gè)表面的所述開口上，所述第一內(nèi)腔和所述第二內(nèi)腔的數(shù)量為多個(gè)。

作為一種實(shí)施方式，所述模塊由鋁制成。

作為一種實(shí)施方式，金屬粉末與內(nèi)腔的體積比在70％到95％的范圍之間。

本發(fā)明金屬氫化物裝置安全、簡單、高效。

附圖說明

根據(jù)本發(fā)明的用于儲存并運(yùn)輸氫氣的金屬氫化物裝置的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將從本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的以下描述明顯，此實(shí)施例是通過說明并不限于參考附圖給出的，在附圖中：

-圖1示出本發(fā)明的用于儲存并運(yùn)輸氫氣的金屬氫化物裝置的立體圖；

-圖2示出沿圖1的線ii-ii的剖視圖；

-圖3示出本發(fā)明的用于儲存并運(yùn)輸氫氣的金屬氫化物裝置處于操作配置中的另一個(gè)立體圖；

-圖4a、圖4b、圖4c示出在圖3中使用的某些元件的詳細(xì)視圖；

-圖5示出圖3的用于儲存并運(yùn)輸氫氣的金屬氫化物裝置的透視立體圖；

-圖6示出圖5的裝置的俯視剖視圖。

具體實(shí)施方式

參照附圖，標(biāo)號1總體上指示根據(jù)本發(fā)明的用于儲存并運(yùn)輸氫氣的金屬氫化物裝置。

用于儲存并運(yùn)輸氫氣的金屬氫化物裝置包括單個(gè)模塊2，該單個(gè)模塊具有多個(gè)內(nèi)腔3，每個(gè)內(nèi)腔在模塊2的至少一個(gè)表面2a上限定開口4。

用于儲存并運(yùn)輸氫氣的金屬氫化物裝置包括液體密封閉合構(gòu)件5，該構(gòu)件可操作地布置在每個(gè)內(nèi)腔3上其對應(yīng)的開口4處，用于這種開口4的氫氣密封。

同樣參考圖4a，閉合構(gòu)件5包括密封件(未示出)和閉合凸緣。此凸緣優(yōu)選地被設(shè)計(jì)成是完全嵌入的。

仍參考圖4a，閉合構(gòu)件5還包括螺紋和位于其頂部的六角槽以更容易地緊固到內(nèi)腔3中。

閉合構(gòu)件5經(jīng)過測試以確保其能夠在十倍于所涉及的低操作壓力的壓力下操作。

一方面，閉合構(gòu)件5可以使用適當(dāng)?shù)牟豢梢瞥龢渲瑏砻芊庖源_保構(gòu)件的打開或移除。

在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，閉合構(gòu)件5由插塞組成。

一方面，模塊2包括用于提供這些內(nèi)腔3中的至少一些內(nèi)腔的液體連通的第一內(nèi)部通道6。

具體地，該內(nèi)部通道6包括面朝該模塊2的至少一個(gè)表面2b的開口7，該表面的形式可以與具有開口4的表面相同或不同。

用于儲存并運(yùn)輸氫氣的金屬氫化物裝置1包括至少一個(gè)連接器8，該連接器以液體密封方式在該內(nèi)部通道6的開口7上可操作。

該連接器8被設(shè)計(jì)成連接到充當(dāng)補(bǔ)充劑(未示出)的氫氣源或連接到用于稍后消耗和使用的應(yīng)用，并且適于使用具有適當(dāng)網(wǎng)格大小的適當(dāng)過濾器將金屬粉末(或沙子)保留在內(nèi)腔中。

包含在內(nèi)部通道6中的金屬粉末通常被分類為ab2和ab5并且通常在現(xiàn)有技術(shù)中根據(jù)所需充氣壓力而使用。

例如，金屬粉末ab2用于使得該過程所需的壓力以及因此電解劑的粉末消耗最小化。

同樣參照圖4c，連接器8是具有集成單向閥(或具有用于裝置1的更高容量實(shí)施例的旋鈕)的母或公快速連接器，該單向閥可以在斷開的情況下在裝置1的充氣和放氣期間安全地阻止氣流。

因此，連接器8充當(dāng)用于充氫和放氫的安全、實(shí)用且快速的耦合件。

如附圖所示，在優(yōu)選實(shí)施例中，用于儲存并運(yùn)輸氫氣的金屬氫化物裝置的模塊2具有棱柱形本體。

優(yōu)選地，模塊2具有預(yù)設(shè)長度l、高度h和深度s，并且具體地，其深度s小于其長度l和高度h。

在優(yōu)選實(shí)施例中，模塊2具有直棱柱形本體并且限定兩個(gè)平坦的、彼此平行的、且彼此相對的較大表面2c和2d。

這些較大表面2c和2d：

-在其頂部由優(yōu)選地平坦表面2a界定，開口4在該平坦平面2a中形成；

-在其底部由優(yōu)選地平坦表面2e界定，該平坦表面2e與表面2a平行并相對；

-以及在其側(cè)部由另外兩個(gè)優(yōu)選地平坦表面2f、2g界定，這兩個(gè)表面2f、2g彼此平行并相對，并且優(yōu)選地垂直于表面2a和2e。

這些平坦表面使得在充氫/放氫期間裝置1所處的液體或浴的熱交換最大化。

在一個(gè)未示出的實(shí)施例中，裝置1的這兩個(gè)較大表面2c和/或2d還可以包括散熱片(即，被動散熱系統(tǒng))以輔助熱交換并提高向并且從該裝置充氫和放氫的效率。

這些平坦表面還允許堆疊多個(gè)裝置1以及允許形成具有適當(dāng)?shù)鬃倪m當(dāng)機(jī)架，其中每個(gè)底座被設(shè)計(jì)成接納一個(gè)裝置。這些機(jī)架有助于運(yùn)輸并處置多個(gè)裝置1。

一方面，內(nèi)腔3具有優(yōu)選地圓柱形形狀。

一方面，基本上圓柱形的內(nèi)腔3通過從所述模塊機(jī)械地移除材料來獲得。

這些內(nèi)腔3中的每個(gè)內(nèi)腔限定軸線x-x，該軸線如所示那樣例如在附圖中在前述表面2a和2e之間延伸，但是其還可以在這兩個(gè)表面2f和2g之間延伸。

這些內(nèi)腔3被布置為彼此平行，由此位于相同的平面上。

在本發(fā)明的一方面，同樣參考圖2和圖5，這些內(nèi)腔3各自具有沿著內(nèi)腔的整個(gè)內(nèi)表面延伸的螺紋。

有利地，這些螺紋可以使得每個(gè)內(nèi)腔3的內(nèi)部體積以及熱交換最大化。

這些螺紋例如是通過對內(nèi)腔3的內(nèi)表面進(jìn)行攻絲而形成的螺旋螺紋。

除了多個(gè)第一內(nèi)腔3之外，用于儲存并運(yùn)輸氫氣的金屬氫化物裝置還包括多個(gè)第二內(nèi)腔9。

如附圖所示，內(nèi)腔3和9被設(shè)計(jì)成在表面2a與2e之間形成。

一方面，該多個(gè)第一內(nèi)腔3和該多個(gè)第二內(nèi)腔9彼此通過第二內(nèi)部通道10液體連通。

該第二內(nèi)部通道10包括面朝模塊2的至少一個(gè)表面、具體地該模塊的表面2g的開口11。

一方面，第二內(nèi)部通道10提供該多個(gè)第二內(nèi)腔9與該多個(gè)第一內(nèi)腔3中的至少一個(gè)內(nèi)腔3之間的連通。

優(yōu)選地，如圖6所示，第二內(nèi)部通道10提供該多個(gè)第二內(nèi)腔9與該多個(gè)第一內(nèi)腔3中的兩個(gè)內(nèi)腔3之間的連通。

應(yīng)當(dāng)注意的是，第一通道6和第二通道10在平行方向但是在不同的高度延伸，這意味著它們不在同一個(gè)軸線上延伸。

第二通道10也是通過從模塊2機(jī)械地移除材料獲得的。

一方面，第二內(nèi)腔9也具有沿內(nèi)腔的整個(gè)內(nèi)表面延伸的螺紋。

有利地，這些螺紋可以使得每個(gè)內(nèi)腔9的內(nèi)部體積以及熱交換最大化。

這些螺紋例如是通過對內(nèi)腔9的內(nèi)表面進(jìn)行攻絲而形成的螺旋螺紋。

應(yīng)當(dāng)注意的是，液體密封閉合構(gòu)件12被可操作地放置在開口11上。

同樣參考圖4b，閉合構(gòu)件12例如是配備有密封件并且能夠承受高于該裝置的操作壓力限制的壓力的插塞。具體，該閉合構(gòu)件還包括螺紋以及位于其頂部的六角槽以更容易地緊固到內(nèi)腔9中。

在用于儲存并運(yùn)輸氫氣的金屬氫化物裝置1的優(yōu)選實(shí)施例中，由于鋁具有高機(jī)械加工性和輕量及其對氫脆裂的高抵抗能力，模塊2由鋁制成。

在用于儲存并運(yùn)輸氫氣的金屬氫化物裝置1的優(yōu)選實(shí)施例中，金屬粉末與內(nèi)腔的體積比介于70％到95％的范圍之間。

該比可以在該范圍內(nèi)變化以使得給定大小的裝置的儲存容量最大化。

應(yīng)當(dāng)注意的是，金屬氫化物裝置1充當(dāng)用于儲存并運(yùn)輸氫氣的套筒并且相比于現(xiàn)有技術(shù)可商購的裝置是非常有利的。因此，假設(shè)該裝置具有以下尺寸：

-l＝12cmh＝10cms＝3cm，則裝置1的體積將是0.12l，并且如果提供了具有200巴壓力的單個(gè)裝置，其將儲存24nl氫(類似于當(dāng)前可商購的儲存裝置)，然而，由于金屬粉末的高濃度供應(yīng)并且尤其是由于內(nèi)腔3和/或9(同樣具有內(nèi)螺紋)的存在，其存儲容量特別為80nl；

-l＝32cmh＝12cms＝3cm，則裝置1的體積將是0.48l，并且如果提供了具有200巴壓力的單個(gè)裝置，其將存儲96nl氫(類似于當(dāng)前可商購的儲存裝置)，然而，由于金屬粉末的高濃度供應(yīng)以及尤其是由于內(nèi)腔3和/或9(同樣具有內(nèi)螺紋)的存在，其儲存容量特別為350nl；

明顯地，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對上述發(fā)明作出若干變化和修改而不背離由以下權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的范圍，例如，對粉末接納腔的截面、深度和構(gòu)造、形成平行于其他腔并且被設(shè)計(jì)成通過冷卻或加熱液體的另外的通過腔、被機(jī)械加工以優(yōu)化熱交換的板件上的表面凸緣作出變化和修改。